KR100524964B1 - 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보제어 방법 및 장치 - Google Patents

가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스크 드라이브 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 디스크 드라이브에서 소음을 저감시키면서도 트랙 탐색 시간을 단축시키기 위한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치는 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서, 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 가속도의 변화량이 0이 되는 함수의 가속도 궤적을 이용한 트랙 탐색 제어 프로세스에 의하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시킴을 특징으로 한다.

Description

가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치{Method and apparatus for controlling track seek servo reflecting variation of acceleration in disk drive}
본 발명은 디스크 드라이브 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 디스크 드라이브에서 소음을 저감시키면서도 트랙 탐색 시간을 단축시키기 위한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
하드 디스크 드라이브는 회전하는 단일 또는 복수의 디스크 각각의 자계를 감지하고 자화시킴으로써 정보를 기록하고 읽을 수 있는 복수의 자기 변환기(magnetic transducer)들을 포함하고 있다. 이 정보는 환상 트랙 내에 위치한 복수의 섹터들 내에 저장된다. 디스크의 각 표면을 가로질러 위치한 트랙 번호가 있다. 수직적으로 유사한 트랙들의 번호는 때로는 실린더(cylinder)라 칭한다. 그러므로 각 트랙은 실린더 번호에 의하여 정의되기도 한다.
각 변환기(transducer)는 전형적으로 헤드 짐벌 어셈블리(HGA:Head Gimbal Assembly)에 편입되어 있는 슬라이더 내에 통합되어 있다. 각 헤드 짐벌 어셈블리는 엑츄에이터 암에 부착되어 있다. 엑츄에이터 암은 보이스 코일(voice coil) 모터를 함께 특정하는 마그네틱 어셈블리에 인접되게 위치한 보이스 코일을 갖고 있다. 하드 디스크 드라이브는 전형적으로 보이스 코일 모터를 여기시키는 전류를 공급하는 구동 회로 및 콘트롤러를 포함하고 있다. 여기된 보이스 코일 모터는 엑츄에이터 암을 회전시켜 변환기들을 디스크(들)의 표면을 가로질러 이동시킨다.
정보를 기록하거나 또는 읽을 때, 하드 디스크 드라이브는 변환기를 한 실린더에서 다른 실린더로 이동시키기 위한 시크 루틴을 실행할 가능성이 있다. 시크 루틴 도중에 보이스 코일 모터는 변환기들을 디스크 표면에서 새로운 실린더 위치로 이동시키는 전류에 의하여 여기된다. 콘트롤러는 또한 변환기가 정확한 실린더 위치 및 트랙의 중앙으로 이동시키는 것을 보증하는 서보 루틴을 실행한다.
디스크(들)로부터 정보를 읽거나 기록하는데 필요한 시간의 양을 최소화시키는 것이 바람직하다. 그러므로, 드라이브에 의하여 실행되는 시크 루틴은 변환기들을 가장 짧은 시간 내에 새로운 실린더 위치로 이동시켜야 한다. 추가적으로, 헤드 짐벌 어셈블리의 안정 시간은 변환기가 빠르게 정보를 기록하거나 또는 읽을 수 있고, 한번에 새로운 실린더에 인접되게 위치하도록 하기 위하여 최소화되어야 한다.
일반적으로, 목표 트랙으로 신속하게 변환기를 이동시키기 위하여 구형파 형태의 가속도 궤적으로 적용하여 시크 서보 제어를 실행하였다. 불행하게도, 구형파는 높은 주파수 성분의 고조파를 포함하고 있는데, 이는 헤드 짐벌 어셈블리에서 기계적인 공진을 초래해서 높은 자연 주파수로 기계적인 구성요소 또는 어셈블리들을 여기시킨다. 이는 잔여 진동으로 인하여 청각적인 노이즈, 원하지 않는 진동 및 이와 관련된 안정 시간을 초래하였다. 종래의 기술의 구형파에 의하여 생성된 기계적인 공진은 디스크로부터 정보를 기록하거나 또는 읽기 위하여 필요로 되는 안정 및 전체 시간 모두를 증가시키는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 기술이 정현파 형태의 가속도 궤적을 이용한 시크 제어 방법으로, 이에 따른 가속도 방정식, 속도 방정식 및 위치 방정식은 수학식 1과 같다.
여기에서, 상수 는 각각 가속도 상수, 전류진폭, 트랙 탐색 시간을 나타낸다.
이와 같은 정현파 가속도 궤적을 사용하는 경우에 구형파 가속도 궤적을 사용하는 경우에 비하여 트랙 탐색 시간이 약 10% 정도 증가하게 되는 단점이 있다. 또한, 수학식 1과 같은 정현파 가속도 궤적을 이용하는 경우에도 트랙 탐색 시작 부분과 끝 부분에서 발생되는 일정 양의 Jerk로 인하여 여전히 기계적 소음 및 진동이 발생된다.
여기에서, Jerk는 가속도를 미분한 값(가속도의 변화량)을 의미한다. 특히, 트랙 탐색 시작 부분과 끝 부분에서 발생되는 Jerk 값은 기계적 소음 및 진동의 원인이 된다.
그런데, 트랙 탐색 시에 구형파 가속도 궤적을 이용하는 경우에 탐색 시작과 끝 부분에서 Jerk 값은 수학식 2에서 알 수 있듯이 무한대 값을 갖는다.
그리고, 트랙 탐색 시에 구형파 가속도 궤적을 이용하는 경우에 탐색 시작과 끝 부분에서 Jerk 값은 수학식 3에서 알 수 있듯이 정현파의 최대값을 갖는다.
따라서, 수학식 1에 의한 정현파 가속도 궤적을 이용하는 시크 서보는 구형파 가속도 궤적을 이용하는 경우에 비해서 Jerk 값이 개선되었으나, 수학식 3에서 알 수 있듯이 정현파의 최대값만큼의 Jerk 값이 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 발생되어 여전히 기계적 소음 및 진동의 원인이 되는 문제점이 있었다.
또한, 시크 모드 실행시의 기계적 소음을 줄이기 위하여 개발된 기술로서, 일본 공개 특허 공보 공개번호 2001-325006호의 "위치 결정시의 소음을 저감하는 위치 결정 장치"가 있다.
일본 공개 특허 공보 공개번호 2001-325006호에 기재된 기술은 가속도, 속도, 위치 궤적을 저역 통과 필터를 통과시켜 부드럽게 하여 트랙 탐색시의 진동과 소음을 줄이는 것을 특징으로 한다. 그런데, 이는 필터를 추가하여야 하기 때문에 회로 소자가 증가되는 단점이 있으며, 이 기술 또한 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 Jerk 값이 0이 되지 않아 Jerk로 인한 기계적 소음 및 진동이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서 발생되는 Jerk 값을 최소화하여 기계적 소음을 저감하면서 동시에 트랙 탐색 시간을 단축시키기 위한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법은 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서, 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 가속도의 변화량이 0이 되는 함수의 가속도 궤적을 이용한 트랙 탐색 제어 프로세스에 의하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시킴을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법은 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서, 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 가속도의 변화량이 0이 되는 가속도 함수의 전류를 보이스 코일에 인가하는 트랙 탐색 제어 프로세스에 의하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시킴을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치는 디스크 드라이브 제어 장치에 있어서, 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 가속도의 변화량이 0이 되는 가속도 궤적의 방정식을 적용하여 설계 위치 값, 설계 속도 값 및 설계 가속도 값을 연산하는 시크 궤적 생성기, 변환기가 디스크에서 이동되는 실제 위치값, 실제 속도값 및 가속도 값을 결정하는 상태 추정기, 상기 설계 위치값에서 실제 위치값을 감산하여 출력시키는 제1합산기, 상기 제1합산기 출력값에 위치 보정을 위한 소정의 위치 이득을 곱하여 위치 보정값을 생성시키기 위한 위치 제어 이득 보상기, 상기 위치 보정값과 상기 설계 속도값을 합산하고, 상기 위치 보정값과 상기 설계 속도값의 합산값에서 상기 실제 속도값을 감산하여 출력시키는 제2합산기, 상기 제2합산기의 출력값에 속도 보정을 위한 소정의 속도 이득을 곱하여 속도 보정값을 생성시키기 위한 속도 제어 이득 보상기, 상기 속도 보정값과 상기 설계 가속도값을 합산하고, 상기 속도 보정값과 상기 설계 가속도값의 합산값에서 상기 실제 가속도값을 감산하여 가속도 보정값을 생성시키는 제3합산기 및 상기 가속도 보정값에 상응하여 보이스 코일에 공급되는 전류를 가변시키는 엑츄에이터를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 알고리즘이 적용되는 디스크 드라이브는 소정의 정보를 저장하는 디스크, 상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터, 상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기, 상기 변환기를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 엑츄에이터 및 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 가속도의 변화량이 0이 되는 함수의 가속도 궤적을 이용하여 상기 변환기를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키도록 상기 엑츄에이터를 제어하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 알고리즘이 적용되는 디스크 드라이브는 소정의 정보를 저장하는 디스크, 상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터, 상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기, 상기 변환기를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 엑츄에이터 및 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 가속도의 변화량이 0이 되는 가속도 함수의 전류를 보이스 코일에 인가하여 상기 변환기를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키도록 상기 엑츄에이터를 제어하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 한다.
디스크 드라이브에 있어서 트랙 탐색 서보의 목적은 소음 및 진동을 최소화 하면서 헤드를 신속하게 원하는 위치로 이동시키는 데 있다. 구형파의 가속도 궤적을 가지는 뱅뱅 시크 제어기(Bang-Bang Seek Controller)는 탐색 시간을 최소화하는데 가장 유리하나 소음 및 진동 측면에서 매우 취약하며, 정현파의 가속도 궤적을 가지는 탐색 제어기(Sinusoidal Seek Controller)는 진동 및 소음 측면에서 유리하나 구형파에 비해 전류의 사용 측면에서 비효율적이다. 따라서 탐색 시간이 10%정도 늘어나는 단점이 있다.
기존의 두 제어기 모두 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서 기계적 진동과 소음의 원인이 될 수 있는 Jerk가 존재한다.
본 발명에서는 이러한 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서 발생하는 Jerk양을 최소화하여 소음과 진동을 감소시키며 탐색 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 가속도 궤적을 설계하고자 한다.
Jerk는 갑작스런 움직임을 의미하는 말로 가속도를 미분 한 값 즉, 가속도의 변화량을 나타내며 Jerk의 값이 클수록 단위시간당 작용하는 충격량의 크기가 커지게 된다. 따라서 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서의 Jerk 값을 최소화하면 기계적 진동과 이에 따른 소음을 줄일 수 있게 된다. 도 4도와 같이 뱅뱅 시크 제어기의 경우 무한대의 Jerk가 발생하며 정현파 형태의 가속도 궤적의 경우 코사인 형태의 Jerk가 발생하여 트랙 탐색의 시작과 끝 부분에서의 Jerk가 영이 될 수 없다. 따라서, 가속도 궤적 생성 시에 트랙 탐색의 시작과 끝 부분의 Jerk 값을 최소화하기 위해 수학식 4와 같은 정현파 형태를 가지는 Jerk식을 이용할 수 있다.
수학식 4로부터 가속도 궤적의 가감속 형태를 만들어 내기 위해서는 수학식 5와 같이 수정하여 도 5와 같은 형태의 Jerk 궤적을 만들 수 있다.
수학식 5를 적분하면 수학식 6과 같은 가속도, 속도, 위치 궤적을 유도할 수 있으며, 이에 대한 각각의 궤적을 도 6(a)-(c)에 도시하였다.
수학식 6의 위치 궤적 방정식으로부터 탐색 시간과 탐색 거리에 대한 관계식을 유도하면 수학식 7과 같다.
그런데, 수학식 5의 Jerk 식을 이용하게 되면 탐색 성능은 정현파 가속도 궤적을 이용하는 제어기에 비하여 약 10% 정도 떨어지게 됨을 알 수 있다. 이는 도 6(a)의 가속도 궤적에서 알 수 있듯이 전류 사용 측면에서 정현파의 경우보다 전류를 적게 사용하게 되기 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 소음 및 진동을 최소화 하면서 탐색 성능을 향상시키기 위하여 Jerk 식을 수학식 8과 같이 변형시켰다.
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여기에서, KA, IM, TSK 는 각각 가속도 상수, 전류 진폭 및 트랙 탐색 시간을 나타낸다.
수학식 8은 가속도 궤적에서 가감속 구간의 중간에 일정 전류를 사용하는 등가감속(coast) 구간을 생성시키기 위한 식이며, 등가감속 구간의 크기에 따라 전류 사용의 크기가 달라지게 된다.
그러면, 본 발명에 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치를 설명하기로 한다.
우선, 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브(10)의 구성을 보여준다.
드라이브(10)는 스핀들 모터(14)에 의하여 회전되는 적어도 하나의 자기 디스크(12)를 포함하고 있다. 드라이브(10)는 디스크(12) 표면에 인접되게 위치한 변환기(16)를 또한 포함하고 있다.
변환기(16)는 각각의 디스크(12)의 자계를 감지하고 자화시킴으로써 회전하는 디스크(12)에서 정보를 읽거나 기록할 수 있다. 전형적으로 변환기(16)는 각 디스크(12)의 표면에 결합되어 있다. 비록 단일의 변환기(16)로 도시되어 설명되어 있지만, 이는 디스크(12)를 자화시키기 위한 기록용 변환기와 디스크(12)의 자계를 감지하기 위한 분리된 읽기용 변환기로 이루어져 있다고 이해되어야 한다. 읽기용 변환기는 자기 저항(MR : Magneto-Resistive) 소자로부터 구성되어 진다.
변환기(16)는 슬라이더(20)에 통합되어 질 수 있다. 슬라이더(20)는 변환기(16)와 디스크(12) 표면 사이에 공기 베어링(air bearing)을 생성시키는 구조로 되어 있다. 슬라이더(20)는 헤드 짐벌 어셈블리(22)에 결합되어 있다. 헤드 짐벌 어셈블리(22)는 보이스 코일(26)을 갖는 엑츄에이터 암(24)에 부착되어 있다. 보이스 코일(26)은 보이스 코일 모터(VCM : Voice Coil Motor 30)를 특정하는 마그네틱 어셈블리(28)에 인접되게 위치하고 있다. 보이스 코일(26)에 공급되는 전류는 베어링 어셈블리(32)에 대하여 엑츄에이터 암(24)을 회전시키는 토오크를 발생시킨다. 엑츄에이터 암(24)의 회전은 디스크(12) 표면을 가로질러 변환기(16)를 이동시킬 것이다.
정보는 전형적으로 디스크(12)의 환상 트랙 내에 저장된다. 각 트랙(34)은 일반적으로 복수의 섹터를 포함하고 있다. 각 섹터는 데이터 필드(data field)와 식별 필드(identification field)를 포함하고 있다. 식별 필드는 섹터 및 트랙(실린더)을 식별하는 그레이 코드(Gray code)로 구성되어 있다. 변환기(16)는 다른 트랙에 있는 정보를 읽거나 기록하기 위하여 디스크(12) 표면을 가로질러 이동된다.
다음으로, 하드 디스크 드라이브의 전기적인 시스템의 동작에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 하드 디스크 드라이브(10)를 제어할 수 있는 전기 시스템(40)을 보여준다. 전기 시스템(40)은 리드/라이트(R/W) 채널 회로(44) 및 프리-앰프 회로(46)에 의하여 변환기(16)에 결합된 콘트롤러(42)를 포함하고 있다. 콘트롤러(42)는 디지털 신호 프로세서(DSP : Digital Signal Processor), 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러 등이 된다. 콘트롤러(42)는 디스크(12)로부터 읽거나 또는 디스크(12)에 정보를 기록하기 위하여 읽기/쓰기 채널(44)로 제어신호를 공급한다. 정보는 전형적으로 R/W 채널로부터 호스트 인터페이스 회로(54)로 전송된다. 호스트 인터페이스 회로(54)는 퍼스널 컴퓨터와 같은 시스템에 인터페이스하기 위하여 디스크 드라이브를 허용하는 버퍼 메모리 및 제어 회로를 포함하고 있다.
콘트롤러(42)는 보이스 코일(26)에 구동 전류를 공급하는 VCM 구동 회로(48)에 또한 결합되어 있다. 콘트롤러(42)는 VCM의 여기 및 변환기(16)의 움직임을 제어하기 위하여 구동 회로(48)로 제어신호를 공급한다.
콘트롤러(42)는 읽기 전용 메모리(ROM : Read Only Memory) 또는 플레쉬 메모리 소자(50)와 같은 비휘발성 메모리 및 랜덤 악세스 메모리(RAM : Random Access Memory) 소자(52)에 결합되어 있다. 메모리 소자(50, 52)는 소프트웨어 루틴을 실행시키기 위하여 콘트롤러(42)에 의하여 사용되어지는 명령어 및 데이터를 포함하고 있다. 소프트웨어 루틴의 하나로서 한 트랙에서 다른 트랙으로 변환기(16)를 이동시키는 시크 루틴이 있다. 시크 루틴은 변환기(16)를 정확한 트랙으로 이동시키는 것을 보증하기 위한 서버 제어 루틴을 포함하고 있다. 일 실시 예로서, 메모리 소자(50)에는 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 가속도의 변화량이 0이 되는 수학식 8과 같은 Jerk 식으로부터 유도된 가속도, 속도 및 위치 궤적 방정식들을 포함하고 있으며, 아래에 기술한 바와 같이, 구동개시 시에 메모리 소자(52)에 이러한 방정식들이 저장된다.
도 3은 콘트롤러(42)에 의하여 실행되는 하드웨어 및 소프트웨어로 구성된 본 발명에 의한 트랙 탐색 서보 제어 시스템을 보여준다. 트랙 탐색 서보 제어 시스템은 변환기(16)가 디스크(12)의 목표 트랙에 정확히 위치하도록 한다. 콘트롤러(42)는 변환기를 첫번째 트랙에서 첫번째 트랙으로부터 거리 XSK에 위치한 새로운 트랙으로 이동시키는 시크 루틴을 실행한다. 새로운 트랙과 첫번째 트랙 사이에 위치한 하나 또는 그 이상의 트랙의 그레이 코드는 디스크(16)를 가로질러 움직이는 변환기로 읽어낸다. 이는 변환기(16)가 트랙을 가로질러 목표 속도 및 가속도로 움직이는지를 주기적으로 컨트롤러(42)가 결정하는데 이용된다.
트랙 탐색 서보 제어 시스템은 소프트웨어 및 하드웨어로 구성된 상태 추정기(62)를 포함한다. 상태 추정기(62)는 변환기(16)가 첫 번째 트랙으로부터 이동되는 실제 거리 또는 위치값을 결정할 수 있다. 이 실제 위치값은 변환기(16) 바로 밑의 트랙의 그레이 코드를 읽어냄으로써 결정되어 질 수 있다. 상태 추정기(62)는 또한 변환기(16)의 실제 속도 값 및 실제 가속도값을 결정할 수 있다. 콘트롤러(42)가 변환기(16)의 움직임을 정확하게 제어할 수 있도록 하기 위하여 변환기(16)가 새로운 트랙 위치로 움직임으로써 그레이 코드는 주기적으로 샘플링되어 질 수 있다.
시크 궤적 생성기(60)는 변환기(16)가 트랙(34)의 그레이 코드를 읽어낼 때마다 수학식 8과 같은 Jerk 식으로부터 유도한 가속도 궤적을 적용하여 수학식 9 ∼수학식 14로부터 변환기(16)의 설계 위치 xd(n), 설계 속도 vd(n) 및 설계 가속도 ad(n)를 계산한다.
제1합산기(64)는 설계 위치값에서 실제 위치값을 감산한다. 그리고, 위치 제어 이득 보상기(66)는 제1합산기(64)에서 연산된 설계 위치값과 실제 위치값의 차에 위치 보정을 위한 위치 이득(kp)을 곱한 위치 보정값을 생성시킨다.
다음으로, 제2합산기(68)는 위치 제어 이득 보상기(66)에서 생성된 위치 보정값에 설계 속도값을 더한 후에 실제 속도값을 감산한다.
그러면, 속도 제어 이득 보상기(70)는 제2합산기(68)에서 연산된 설계 속도값과 실제 속도값의 차에 속도 보정을 위한 속도 이득(kv)을 곱한 속도 보정값을 생성시킨다.
다음으로, 제3합산기(72)는 속도 보정값과 설계 가속도값을 더한 후에 실제 가속도값을 감산하여 가속도 보정값(u(n))을 생성시킨다.
가속도 보정값은 파워 앰프(74)에서 증폭된 후에 VCM 엑츄에이터(76)에 인가된다. 그러면, VCM 엑츄에이터(76)는 증폭되어 입력되는 가속도 보정값에 따라서 보이스 코일에 공급되는 전류를 가변시켜 결과적으로 변환기(16)의 움직임의 가속도를 변경시킨다. 이에 따라서, 가속도 궤적의 형태와 보이스 코일에 인가되는 전류 궤적의 형태는 동일하다는 것을 알 수 있다.
즉, 보이스 코일에 인가되는 전류는 도 7에 도시된 바와 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝 부분에서 가속도의 변화량(Jerk 값)이 0이 되고, 가속 구간과 감속 구간 내에 각각 일정 기간동안에 가속도의 변화량이 0인 구간이 포함되는 Jerk 식을 적분하여 구한 가속도값이 된다.
제3,2,1합산기(72, 68 및 64)에 제공되는 설계 가속도, 속도 및 위치 궤적을 표현하는 함수는 아래에 기술되어져 있다.
본 발명에서 이용하는 수학식 8의 Jerk 궤적 및 이로부터 유도되는 가속도 궤적을 도 7에 도시하였다. 도 7에 도시한 바와 같이 Jerk 궤적을 6개의 구간으로 나누어 가속도, 속도 및 위치 방정식을 각각 유도하였다.
설명의 편의를 위하여 수학식 8의 KAIM 값을 1로 정규화하여 설명하기로 한다.
1) 가속구간의 시작부분(구간 ①)
t = 0 ∼ TSK /n
이 구간은 가속 구간의 시작 구간으로서 가속 전류가 증가되는 구간이다. 이 구간에서의 Jerk 식 j(t), 가속도 식 a(t), 속도 식 v(t) 및 위치 식 x(t)는 각각 수학식 9와 같다.
2) 가속 구간 내의 코오스트(coast) 구간(구간 ②)
t = TSK /n ∼(TSK /2 - TSK /n)
이 구간은 가속 구간내의 등가속 구간으로 일정한 가속 전류를 사용하는 구간이다. 이 구간에서의 Jerk, 가속도, 속도 및 위치 식은 각각 수학식 10과 같다.
3) 가속 구간의 끝부분(구간 ③)
t = (TSK /2 - TSK /n) ∼ TSK /2
이 구간은 가속 구간의 끝부분으로서 가속 전류가 감소되는 구간이다. 이 구간에서의 Jerk, 가속도, 속도 및 위치 식은 각각 수학식 11과 같다.
4) 감속 구간의 시작(구간 ④)
t = TSK /2 ∼(TSK /2 + TSK /n)
이 구간은 감속 구간의 시작 부분으로서 감속 전류가 증가되는 구간이다. 이 구간에서의 Jerk, 가속도, 속도 및 위치 식은 각각 수학식 12와 같다.
5) 감속 구간 내의 코오스트 시작(구간 ⑤)
t = (TSK /2 + TSK /n) ∼(TSK - TSK /n)
이 구간은 가속 구간내의 등가속 구간으로 일정한 감속 전류를 사용하는 구간이다. 이 구간에서의 Jerk, 가속도, 속도 및 위치 식은 각각 수학식 13과 같다.
6) 감속 구간의 끝부분(구간 ⑥)
t = (TSK - TSK /n) ∼ TSK
이 구간은 감속 구간의 끝부분으로서 감속 전류가 감소되는 구간이다. 이 구간에서의 Jerk, 가속도, 속도 및 위치 식은 각각 수학식 14와 같다.
수학식 8의 Jerk 식을 적용하여 도 7과 같은 가속도 궤적을 이용하여 시크 서보를 실행하는 경우에 탐색 시간과 탐색 거리에 대한 관계식은 수학식 15와 같다.
여기에서, n은 전체 탐색 구간의 분할 값으로 가감속 구간의 만들기 위해 4 이상의 값으로 결정하여야 한다. 계산상의 편의를 위하여 등가감속 구간의 거리를 탐색 구간의 n등분 값으로 결정하였으며, 물론 임의의 값으로 결정할 수 있다.
수학식 15로부터 n값이 4, 8, 16, ... 으로 증가함에 따라서 탐색 성능이 정현파에 비하여 -10%, 8%, 13.5%, ... 로 향상됨을 알 수 있다.
도 8은 n값이 증가함에 따른 수학식 8에 의한 Jerk 식을 이용한 가속도 궤적을 보여주며, 전류 사용 측면에서 전류 사용량이 n값이 증가함에 따라 구형파 가속도 궤적과 유사해 짐을 알 수 있다.
일 예로서, n 값이 8인 경우에 수학식 8로부터 유도된 가속도 궤적을 이용한 Jerk Sinusoidal Seek를 종래의 기술에 의한 구형파 가속도 궤적을 이용한 Bang-Bang Seek 및 정현파 가속도 궤적을 이용한 Sinusoidal Seek와의 시크 성능을 도 9의 표에 비교하였다.
도 9의 표에서 알 수 있듯이 본 발명에 의한 Jerk Sinusoidal Seek는 정현파 궤적을 이용한 트랙 탐색에 비하여 탐색 시간을 줄이면서도 기계적 진동과 소음을 최소화시킬 수 있게 되는 효과가 발생된다.
본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있으며 또는 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, 이레이져블 ROM(EROM : Erasable ROM), 플로피 디스크, 광 디스크, 하드 디스크, 광 섬유 매체, 무선 주파수(RF) 망, 등이 있다. 컴퓨터 데이터 신호는 전자 망 채널, 광 섬유, 공기, 전자계, RF 망, 등과 같은 전송 매체 위로 전파될 수 있는 어떠한 신호도 포함된다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 시에 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되는 함수의 가속도 궤적을 이용하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시키도록 제어함으로써, 정현파 형태의 가속도 궤적을 사용하는 종래의 시크 기술에 비하여 트랙 탐색 시간을 단축시키면서도 기계적 진동 및 소음을 줄일 수 있는 효과가 발생된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브의 구성의 평면도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브를 제어하는 전기 시스템의 회로도이다.
도 3은 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브의 서보 제어 시스템의 회로도이다.
도 4는 종래의 기술에 의한 가속도 궤적 및 Jerk 궤적을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명을 유도하는 과정에서 가감속 형태의 가속도 궤적으로 만들기 위한 Jerk 궤적을 도시한 것이다.
도 6(a)-(c)는 수학식 5로부터 유도된 가속도, 속도 및 위치 궤적을 각각 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 본 발명에 의한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어에 이용되는 가속도 궤적 및 Jerk 궤적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 의한 본 발명에 의한 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어에 이용되는 가속도 궤적을 n 값에 따라 도시한 것이다.
도 9는 본 발명과 종래 기술간의 탐색 성능을 비교한 표이다.

Claims (22)

  1. 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서,
    트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되는 기본 저크 궤적을 설정하는 과정;
    탐색 구간을 가속 구간과 감속 구간으로 나누고 각 구간에 상기 기본 저크 궤적을 할당하되 가속 구간과 감속 구간에서 서로 부호가 반대가 되는 변형된 저크 궤적을 얻는 과정;
    상기 변형된 저크 궤적으로부터 가속도 궤적을 얻는 과정; 및
    상기 가속도 궤적을 이용한 트랙 탐색 제어 프로세스에 의하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시키는 과정을 포함하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가속도 궤적은 가속의 크기와 감속의 크기가 대칭 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가속도 궤적은 가속 구간과 감속 구간 내에 각각 일정 기간동안에 가속도의 변화량이 0인 구간이 포함되도록 설계함을 특징으로 하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가속도 궤적은 다음과 같은
    ,
    ,
    , (여기에서, KA, IM, TSK 는 각각 가속도 상수, 전류 진폭 및 트랙 탐색 시간을 나타내고, n은 전체 탐색 구간의 분할 값을 나타낸다)
    Jerk 식 j(t)의 적분 함수로부터 유도함을 특징으로 하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  5. 디스크 드라이브 제어 장치에 있어서,
    트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되며 가속 구간 및 감속 구간에서 서로 반대의 부호값을 가지는 함수로 나타내어 지는 가속도 변화량을 가지는 가속도 궤적의 방정식을 적용하여 설계 위치 값, 설계 속도 값 및 설계 가속도값을 연산하는 시크 궤적 생성기;
    변환기가 디스크에서 이동되는 실제 위치값, 실제 속도값 및 가속도값을 결정하는 상태 추정기;
    상기 설계 위치값에서 실제 위치값을 감산하여 출력시키는 제1합산기;
    상기 제1합산기 출력값에 위치 보정을 위한 소정의 위치 이득을 곱하여 위치 보정값을 생성시키기 위한 위치 제어 이득 보상기;
    상기 위치 보정값과 상기 설계 속도값을 합산하고, 상기 위치 보정값과 상기 설계 속도값의 합산값에서 상기 실제 속도값을 감산하여 출력시키는 제2합산기;
    상기 제2합산기의 출력값에 속도 보정을 위한 소정의 속도 이득을 곱하여 속도 보정값을 생성시키기 위한 속도 제어 이득 보상기;
    상기 속도 보정값과 상기 설계 가속도값을 합산하고, 상기 속도 보정값과 상기 설계 가속도값의 합산값에서 상기 실제 가속도값을 감산하여 가속도 보정값을 생성시키는 제3합산기; 및
    상기 가속도 보정값에 상응하여 보이스 코일에 공급되는 전류를 가변시키는 엑츄에이터를 포함함을 특징으로 하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가속도 궤적은 가속의 크기와 감속의 크기가 대칭 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 가속도 궤적은 가속 구간과 감속 구간 내에 각각 일정 기간동안에 가속도의 변화량이 0인 구간이 포함되도록 설계함을 특징으로 하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 장치.
  8. 소정의 정보를 저장하는 디스크;
    상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터;
    상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기;
    상기 변환기를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 엑츄에이터 ; 및
    트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되며 가속 구간 및 감속 구간에서 서로 반대의 부호값을 가지는 함수로 나타내어 지는 가속도 변화량을 가지는 가속도 궤적을 이용하여 상기 변환기를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키도록 상기 엑츄에이터를 제어하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가속도 궤적은 가속의 크기와 감속의 크기가 대칭 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  10. 제8항에 있어서, 상기 가속도 궤적은 가속 구간과 감속 구간 내에 각각 일정 기간동안에 가속도의 변화량이 0이 구간이 포함되도록 설계함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  11. 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되며 가속 구간 및 감속 구간에서 서로 반대의 부호값을 가지는 함수로 나타내어 지는 가속도 변화량을 가지는 가속도 궤적을 이용한 트랙 탐색 제어 프로세스에 의하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시키도록 프로그램된 컴퓨터 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함함을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가속도 궤적은 가속의 크기와 감속의 크기가 대칭 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  13. 제11항에 있어서, 상기 가속도 궤적은 가속 구간과 감속 구간 내에 각각 일정 기간동안에 가속도의 변화량이 0인 구간이 포함되도록 설계함을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  14. 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서,
    트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되며 가속 구간 및 감속 구간에서 서로 반대의 부호값을 가지는 함수로 나타내어 지는 가속도 변화량을 가지는 가속도 함수의 전류를 보이스 코일에 인가하는 트랙 탐색 제어 프로세스에 의하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시킴을 특징으로 하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전류의 궤적은 가속 구간의 크기와 감속 구간의 크기가 대칭 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 전류의 궤적은 가속 구간과 감속 구간 내에 각각 일정 기간동안에 일정한 전류를 사용하는 코오스트 구간이 포함되도록 설계함을 특징으로 하는 가속도 변화를 고려한 디스크 드라이브의 트랙 탐색 서보 제어 방법.
  17. 소정의 정보를 저장하는 디스크;
    상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터;
    상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기;
    상기 변환기를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 엑츄에이터 ; 및
    트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되며 가속 구간 및 감속 구간에서 서로 반대의 부호값을 가지는 함수로 나타내어 지는 가속도 변화량을 가지는 가속도 함수의 전류를 보이스 코일에 인가하여 상기 변환기를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키도록 상기 엑츄에이터를 제어하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전류의 궤적은 가속 구간의 크기와 감속 구간의 크기가 대칭 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  19. 제17항에 있어서, 상기 전류의 궤적은 가속 구간과 감속 구간 내에 각각 일정 기간동안에 일정한 전류를 사용하는 코오스트 구간이 포함되도록 설계함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
  20. 트랙 탐색 모드에서 트랙 탐색 시작과 끝부분에서 가속도의 변화량이 0이 되며 가속 구간 및 감속 구간에서 서로 반대의 부호값을 가지는 함수로 나타내어 지는 가속도 변화량을 가지는 가속도 함수의 전류를 보이스 코일에 인가하는 트랙 탐색 제어 프로세스에 의하여 변환기를 목표 트랙으로 이동시키도록 프로그램된 컴퓨터 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함함을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  21. 제20항에 있어서, 상기 전류의 궤적은 가속 구간의 크기와 감속 구간의 크기가 대칭 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  22. 제20항에 있어서, 상기 전류의 궤적은 가속 구간과 감속 구간 내에 각각 일정 기간동안에 일정한 전류를 사용하는 코오스트 구간이 포함되도록 설계함을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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